空间环境 航天器组件空间环境效应地面模拟试验通用要求 编制说明.docx

1

《空间环境航天器组件空间环境效应地面模拟试验通用要求》编制说明

1工作简况1.1任务来源

本文件是国家标准委发[#]#号下达的国家标准计划项目之一，由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会（SAC/TC425）提出并归口，空间环境分技术委员会

（SAC/TC425/SC1）执行，北京卫星环境工程研究所牵头起草。计划号T-491。

计划周期：2024年8月～2024年12月。计划采标程度：无。

1.2制定背景

航天器在轨期间将遭受来自于地球辐射带、银河宇宙线、太阳宇宙线、等离子体、原子氧、空间碎片与微流星体、真空等空间环境的威胁，造成航天器用材料、元器件等发生单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应、表面充放电效应、内带电效应、原子氧侵蚀效应、空间碎片与微流星体撞击效应等，造成其在轨故障甚至失效。为此，在航天器设计与研制过程中，需要对航天器面临的空间环境及效应开展防护设计，以提高其在轨安全和可靠性。

美国空间探索技术公司SpaceX于2022年2月3日发射了49颗星链（Starlink）计划的卫星，受地磁暴事件等因素影响，38颗卫星无法到达预定工作轨道，将再入或已经再入大气层。2022年8月19日，强烈的太阳风暴使国际通信卫星组织的Galaxy15号卫星失去控制，该星之前曾于2010年4月5日因空间环境影响失去联系八个多月。对我国早期6颗地球静止轨道卫星的故障原因进行统计分析发现，由空间环境引起的故障占总故障的比例达到40%，如图1所示。

2

我国地球静止轨道卫星在轨故障统计

16%

16%

27%

17%

40%

设计及工艺原因空间环境元器件质量其它未确定原因

图1我国早期6颗地球静止轨道卫星在轨故障数据统计

1996年、1999年、2009年美国NASA和美国AEROSPACE公司三次对航天器在轨空间环境诱发异常进行了统计分析，见下图。

空间环境导致的航天器在轨异常统计

卫星异常比例60%

卫星异常比例

50%

40%

30%

20%

10%

0%

AEROSPACE/299

AEROSPACE/299

1999年例1996年MSFC/114例

1999年例

2009年AEROSPACE/476例

单粒子效应充放电效应总剂量、位移损伤效应原子氧腐蚀、碎片撞击等

图2由空间环境引起的卫星异常原因统计

从图2可以看出：在1996年的美国NASA发表的研究报告分析了从1974年至1994年的

114起空间环境诱发的航天器异常事例，其中单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应、充放电效应导致的异常比例接近80%。1999年，美国AEROSPACE公司发表的研究报告，分析了从1971年至1997年的299起空间环境诱发的航天器异常事例，其中由空间辐射环境引起的占比接近90%。2009年，美国AEROSPACE公司在会议报告中披露了未正式发表的对

1960年至2007年的476起空间环境诱发航天器异常的初步分析结果，其中，空间辐射环境引起的故障和异常占比接近80%。可见，空间环境及其效应是诱发航天器在轨异常的主要

3

因素。

在这些发生的空间环境故障中，绝大多数均为航天器组件级的空间环境效应故障。因此，需加强航天器组件级空间环境效应地面模拟试验。

以北京卫星环境工程研究所、中国科学院国家空间科学中心、北京空间飞行器总体设计部为代表的国内航天机构研制了一系列航天器组件并开展了一系列不同空间环境效应的航天器组件地面模拟试验，但目前国内尚无关于如何开展航天器组件空间环境效应地面模拟试验的国家顶层文件作为依据，各单位开展相关工作缺乏协调性。

目前，国内以北京卫星环境工程研究所和中国科学院国家空间科学中心为代表的航天器组件试验鉴定单位开展了大量的组件级空间环境效应地面模拟鉴定试验，制定了航天行业QJ20422系列标准《航天器组件空间环境效应地面模拟试验方法》，涵盖了表面充放电、原子氧侵蚀、磁试验、加速试验、撞击试验、冲击试验等等。系列航天行业标准的制定和大量的地面鉴定试验的开展，为本标准的制定奠定了良好的基础。

1.3起草过程

1）成立标准起草组

标准计划下达后，全国宇航标委会空间环境分技术委员会成立标准起草组，由牵头北京卫星环境工程研究所负责，标准编写过程中按需补充有关单位和人员。组成及任务分工如下。

起草单位主要包括：北京卫星环境工程研究所、中国科学院国家空间科学中心、北京空间飞行器总体设计部、哈尔滨工业大学、数字太空（北京）科技股份公司、中国科学院新疆理化技术研究所等。